ELECTRICIDAD Entre átomos y moléculas, mantienen unidos a sólidos y líquidos y separados a los gases
Fuerzas Eléctricas
Responsables de los procesos metabólicos. La fuerza elástica, la fricción y fuerzas de contacto, son el resultado de fuerzas eléctricas actuando a nivel atómico.
Electrostática
Carga Eléctrica
Cargas iguales se repelen
Cargas opuestas se atraen
LA LEY DE CONSERVACIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA Benjamin Franklin 1706-1790
La cantidad neta de carga eléctrica producida en un proceso es cero.
Carga Eléctrica en el Átomo
Molécula de agua
Aislantes y Conductores
Carga Eléctrica Inducida
Electroscopio
La Ley de Coulomb
Charles Coulomb 1736-1806
∙ 9 10
La Carga Elemental La carga más pequeña encontrada en la naturaleza
1.602 10
La carga neta está cuantizada. Electrostática La ley de Coulomb describe la fuerza entre dos cargas puntuales cuando ambas están en reposo. Cuando las cargas están en movimiento, aparecen fuerzas adicionales.
Forma Vectorial de la Ley de Coulomb
: es la fuerza sobre la carga , debido a . : es un vector unitario que apunta desde la carga fuente hacia la carga sobre la cual queremos calcular la fuerza.
Principio de Superposición Si varias (o muchas) cargas están presentes, la fuerza neta sobre cualquiera de ellas será igual a la suma vectorial de las fuerzas debidas a cada una de las otras cargas. Ejemplo 1: Fuerza eléctrica usando componentes vectoriales. Calcule la fuerza electrostática neta sobre la carga Q3 debida a las cargas Q1 y Q2.
El Campo Eléctrico Para las fuerzas que actúan a distancia es útil usar el concepto de Cualquier carga eléctrica está rodeada por un campo eléctrico
CAMPO
La Carga de Prueba Campo Eléctrico
En cualquier punto del espacio, es la fuerza ejercida sobre una pequeña carga de prueba positiva localizada en ese punto dividida por la magnitud de la carga de prueba .
El campo eléctrico a una distancia de una carga individual tiene la magnitud
1 4! "# El campo eléctrico es independiente de la carga de prueba , solo depende de la carga que produce el campo eléctrico.
Principio de Superposición Si el campo eléctrico, en una dada posición del espacio, es ocasionado por más de una carga, los campos individuales debido a cada una de las cargas se suman vectorialmente para calcular el campo total en ese punto
$ $ ⋯
Distribuciones Continuas de Carga Es posible dividir una distribución continua de carga en cargas infinitesimales. Cada carga infinitesimal & contribuye al campo eléctrico a una distancia de ella con:
1 & & 4! "#
El campo eléctrico total será la suma de todos los campos eléctricos producidos por cada carga infinitesimal, es decir:
' &
Ejemplo: Anillo de carga.
1 & & 4! "#
El anillo completo de circunferencia 2!(, tiene ' & ' cos / & + + carga , entonces en una longitud &) hay una carga
& &) * &) 2!( 1 * &) & 4! "#
0 cos /
1 0 4! "# 0 $ (
0 $ (
1/
Solución Ejemplo 1 La fuerza neta es la suma de las fuerzas ejercida por cada una de las partículas, por ello obtendremos por separado cada una de estas fuerzas. La magnitud de la fuerza que la partícula hace sobre 1 es: 7 C ∙ 50 107 C 1 N 65 10 1 9 10 m C 0.3 m 1 1 325 N
Debido a que la línea de acción entre ambas cargas es vertical, ambas tienen el mismo signo de carga y 1 está por encima de , la fuerza sobre 1 solo tiene componente positiva en al dirección y, por lo tanto 1 0 ; 325 : La magnitud de la fuerza que la partícula hace sobre 3 es: 1
7 7 1 N 65 10 C ∙ −86 10 C 9 10 m C 0.6 m 1
1 139.75 N
Esta fuerza tiene una línea de acción sobre una recta inclinada 30º por debajo de la horizontal, por lo tanto tendrá componentes en la dirección x (positivo) e y (negativa), dadas por: 1,+ 1 cos −30° 121 N
